指向学科核心素养发展的“二氧化碳的制法”教学实践

孙玉明 毛艳民 曾涛

摘要：在初中化学“二氧化碳的制法”教学设计和组织中，依据课程标准的学习要求与学生学习基础，制定教学和评价目标，以课前前置学习、课中实验探究、课后拓展延伸三个相互衔接环节展开，让学生在多样学习活动中自主探究、合作交

流并通过作品展示进行评价，使学生学科核心素养得到有效提高。

关键词：教学设计组织;学科核心素养;二氧化碳制法

文章编号：1008-0546（2022）05-0047-06中图分类号：G632.41文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.011

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学  生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品  格和关键能力。2017年版《普通高中化学课程标准》 凝练的化学学科核心素养包括：宏观辨识与微观探  析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学  探究与创新意识、科学态度与社会责任[1]。初中化学  是高中的基础，初中化学教学设计要符合高中化学课  程目标的指向性：“以发展化学学科核心素养为主旨”“重视开展‘素养为本’的教学”[1]。

核心素养的培养不是一蹴而就，在不同学段教学中要注意挖掘教学内容中蕴含的化学思想观念、学科思维方法，借助真实情境和多样化素材，经过提炼转化为学习任务、课堂问题和学生活动，落实到课堂教学各个环节中。本文以初中化学（人教版）“二氧化碳的制法”教学设计为例展开分析。

一、依据学科核心素养培养要求确定教学目标与评价目标

“二氧化碳的制法”[2]是初中化学继氧气制法后学习的第二种气体制取方法。联系教材第七单元氢气制取方法，通过比较、归纳，帮助学生建立常见气体（氧气、二氧化碳、氢气）实验室制法的认知模型。初中学生在学习实验室制取氧气方法后，具备了制取和收集气体的一些基础知识，但实验动手及分析能力较弱。“二氧化碳的制法”教学应当发挥承上启下作用，为后续氢气制法的学习、进一步领会常见气体制备反应的原理与实验装置选择、操作方法间的联系奠定基础，有效提高学生的实验能力。为此，根据课程标准的学习要求与学生的学习基础，运用可实施、可观察和可检测的行为动词制定教学目标和评价目标[3]、指导教学过程的设计和组织。

1.教学目标

义务教育化学课程标准规定，学生要“初步学习二氧化碳的实验室制取方法”，该目标设定宽泛，教师不易操作。高中化学课程标准将学业质量水平划分为不同等级，学业质量水平1包含：选择常见的实验仪器、装置和试剂，完成简单物质制备实验。参考高中课程标准学业质量水平设计方案，结合本节课的学习内容，确定学习目标和学习水平（见表1）。能依据制法的反应原理选择装置作为第1级的学业质量水平，以A表示;能完成制备实验属于中等学业质量水平，以B表示;能建立实验室制取常见气体的思维模型属于高阶目标，以C表示。

2.评价目标

为了保证教、学、评的一致性，评价目标设计以上述教学目标为依据。教学目标中的行为动词在很大程度上决定了学业质量需要达到的水平。首先参照布鲁姆教育目标分类理论和义务教育课程标准中“有关行为动词的分类”，保证评价目标的行为动词的认知要求与教学目标为同一认知水平词汇。其次，要严格按照教学目标的描述设置考查学生学习水平的问题（见任务9课堂评价）。

二、围绕学科核心素养培养设计、实施教学过程

为了帮助学生构建实验室制取常见气体的认知模型，要一体化规划课前、课中和课后教学路径（如图1所示）。

1.课前小组学习

课前小组学习使学生在自由、开放的学习环境中，回顾相关知识、查阅资料，产生困惑和发现疑难。我们课前下发“导学案”，要求以教材为基础，辅以课外资料，完成导学案中的任务1 和任务2。由于这两个任务综合性较强，我们通过设置任务驱动的问题链降低前置学习的难度。

任务1 归纳分析生成二氧化碳的反应

【导学案】问题链：你学过哪些方法可以制得二氧化碳？生成二氧化碳的反应有哪些？这些反应的反应物在组成上有什么共同特点？哪些反应适合在实验室制取二氧化碳？为什么？

任务2 回顾制取氧气的反应原理与装置

【导学案】实验室制取氧气的发生装置和收集装置是如何确定的？你能推测实验室制取二氧化碳应怎样选择装置吗？

2.课中实验探究

任务3 创设情境：认识获得CO2重要性

真实情景创设，能够激发学生的学习热情。我们安排学生观看视频：蔬菜大棚施放气体肥料和工业煅烧石灰石，引導学生沿着农业生产、工业生产、再到实验室制取的思维路径，认识二氧化碳制取的重要性，体会制取方法的差异，体现科学精神和社会责任的素养要求。

任务4 探究原理：确定反应原理

教学目标要求学生“能够从已学的生成二氧化碳的化学反应中，选出适用于实验室制备的原料”。通 过课前任务1的预习，以及课上小组发言和补充，学生能够列出以下生成二氧化碳的反应：

（1）①C + O2 CO2;②C +2CuO 2Cu + CO2↑;③3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑;④CaCO3 CaO+CO2↑;⑤ 石蜡+ 氧气二氧化碳+ 水;⑥动植物的呼吸;⑦酒精+ 氧气点燃二氧化碳+ 水;⑧碳酸钠+盐酸   氯化钠+ 二氧化碳+水（Na2CO3+ HCl  NaCl + H2O + CO2）;⑨石灰石+ 盐酸 氯化钙+ 二氧化碳+水（CaCO3+ HCl  CaCl2+ CO2↑ + H2O）。

（2）在教师的问题引领下，学生能够发现反应物在组成上均含有碳元素，符合质量守恒定律中的元素守恒，体现核心素养中的变化观念与守恒思想。

（3）关于这些反应能否用于实验室制取二氧化碳？在教师引导和点拨下，学生讨论结果如下：

①②③④⑤⑥⑦不能;⑧和⑨学生产生争议。

就此，我们启发学生通过观察实验事实做出判断，在对比实验基础上，总结实验室制取气体反应原理应综合考虑的因素。演示实验的药品如表2所 示，装置如图2 所示。实验时注意需要同时按压注射器活塞，使三组反应同时开始。图2为反应进行1 分钟时的状态。学生要完成表2 的实验分析和实验结论。

以上设计通过引导讨论、对比实验、及时小结，学生实践了确定实验室制取气体原理的流程，体验化学学科研究的基本策略和方法，感受控制变量法这一学科思想，初步建立化学问题解决的思维框架，体现证据推理与模型认知的核心素养。

任务5 设计装置：设计评价装置

在任务5中，我们尝试让学生从“已知装置”来推测“未知装置”：学生通过前置性学习任务2，回顾实验室制取氧气的原理和装置，对比、分析、类比迁移，设计二氧化碳的发生装置和收集装置，完成由反应原理到装置选择设计的跨越。学生展示的设计成果，部分装置如图3所示。

小组阐释发生装置与收集装置设计的依据，评价各种装置的特点，师生共同归纳出实验室制取二氧化碳的发生和收集装置的依据。

任务6 制取二氧化碳气体

为了使实验规范有序进行，我们先请学生回顾实验室用过氧化氢制取氧气的操作步骤，再讨论实验室制取二氧化碳的操作步骤，最后由学生选择自己设计的最佳装置来制取一瓶二氧化碳气体，进行检验和验满。实验过程中要及时发现操作问题，教师点拨引导、小组纠正，师生共同总结操作原理和注意事项。此环节力求提升实验探究能力，让学生享受探究的快乐，培养科学态度与社会责任素养。

任务7改进装置

在完成简单制取装置的基础上，我们希望学生学会独立思考，在不断改进简单装置的过程中完善设计。结合任务6中出现的一些问题，如：某小组用A装置制取二氧化碳时，有液体溢出试管。我们趁势向学生提出：你能用老师给你提供的仪器（如图4所示）对你的装置进一步改进吗？学生经小组讨论后，展示的部分改进装置如图5。

以上学生的改进装置控制了液体药品用量。在此基础上，我们进一步展示了另一套装置（如图6所示），要求学生运用压强知识总结这套装置的特点，以完成全部装置改进的探究。在这个任务中，学生探究兴趣进一步提高，创新意识得到激发，严谨求实的科学态度逐步形成。

任务8 梳理制取气体思路

在任务8 中，师生共同梳理和归纳实验室制取气体一般思路和方法，完成构建气体制取的思维模型（如图7所示）。至此，从原理、装置到操作的每一步思维模型的建构，均基于清晰的思考、可靠的证据和缜密的逻辑[4]，“证据推理与模型认知”核心素养得到提升，实现了知识向素养的逐步转化。

任务9 课堂评价

以上8个任务完成了本课的教学任务，任务9用来评估学习目标的达成度。教师投影呈现评价目标（除i，j 以外）对应的考查学生学习水平的问题，（1）～（8）题分别对应a～h评价目标。

（1）下列物质中，实验室制取二氧化碳最优选的反应物是（  ）。

①碳酸钠粉末和稀硫酸;②石灰石和稀盐酸;

③大理石和稀硫酸;④大理石和浓盐酸

（2）下列反应都能生成二氧化碳，宜用于实验室制取二氧化碳的是（  ）。

①碳在氧气中燃烧;②木炭还原氧化铜;③高温煅烧石灰石;④大理石和稀盐酸

（3）写出用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳的化学方程式。

（4）实验室制备二氧化碳不选用稀硫酸、浓盐酸的理由是。

选择如图8所示装置，完成（5）～（8）题。

（5）实验室制备二氧化碳，你选择的发生装置是，其理由是。

（6）实验室制备二氧化碳，你选择的收集装置是，其理由是;验满的方法是，导管应伸至集气瓶部（上/中/下），目的是。

（7）用大理石与稀盐酸制取二氧化碳，选择装置F或G较装置B的优点为。

（8）实验室常用氯化铵固体和碱石灰固体共热制备一种易溶于水且密度比空气小的气体（氨气NH3），选出适合的气体发生和收集装置是。

学生思考回答。发现： A级评价目标达成率约为75%，B级达成率约为70%。

3.课后的拓展延伸

课后布置三个作业，一为画出实验室制取二氧化碳的思维导图（对应评价目标j）;二为家庭小实验;三为小组作业，画出实验室制取一般气体的思维模型（对应评价目标j）。

任务10 布置家庭小实验

家庭小实验能激发探究兴趣，延伸实验探究。运用气体制取思维模型，提高综合实验能力，有效发展学生的科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等核心素养。

我们要求学生在课后选用生活中的物品（如使用塑料瓶、输液管等塑料制品、设计制备装置，用鸡蛋壳、水垢、大理石代替碳酸钙，用食醋代替盐酸）进行家庭实验。学生学习热情高，有许多出色的实验设计成果（见图9）。

三、教学的反思评价

本节课以二氧化碳的制法为主线，通过课前前置学习、课中实验探究、课后拓展延伸，共设计了10个学习任务、多个学习活动，从二氧化碳的农业和工业制法，到实验室制法与“生活制法”，力图实现从社会、学科和生活三个层面帮助学生认识化学与社会生产、生活的紧密联系，感受化学学科价值和魅力，培养学生的科学态度和社会责任感。

本节课的设计和组织，努力践行学科核心素养培养的要求以及教、学、评一体化的教学观念，引导学生通过探究学习、自主理解、内化吸收和迁移应用等学习，努力提高课堂教学质量和效益。

从教学效果看，课程充分调动了不同层次学生学习的主动性和积极性，学生参与课堂教学的广度、频度和深度明显提高。在师生合作、生生合作中享受实验探究带来的乐趣和成就感。通过自主探究、合作交流和展示评价等多样化的学习，各项学习任务均达到了预期目标。特别是学生自主合作学习能力得到有效提高，科学探究能力和学科思维能力得到有效发展。对课后家庭小实验，大部分学生表现出较高的探究热情，能順利完成并参加展示交流，设计的装置充分彰显出学生的实践能力及创新意识。

但是，实际教学中也出现了一些问题。一是实验过程中学生出现的问题很多，例如：液体溢出试管;石灰水始终不变浑浊;集气瓶口燃着的小木条不熄灭等。教师最好在实验前与学生做出分析，提出改进措施，以便实验顺利进行。二是本教学任务能否完成，在很大程度上依赖于前置小组学习，但有些小组完成的情况不好，影响了评价目标达成率，建议前置小组学习在教师监督下于化学自习课完成。三是虽然评价目标中要求“初步构建一般气体的制备思维模型”，但考虑到要求较高，没有进行课堂评价，而是留作课后小组作业，让学生在复习的基础上画出一般气体制取的思维模型。四是从评价看，只进行了知识维度的评价，没有进行化学核心素养的评价。建议未来进一步开展实验研究，探讨基于二氧化碳制取的教学设计以提高学生的化学核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学九年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012：113-116.

[3]王升利.教学目标细化与评价设计在化学学科中的应用[J].教育参考，2018（6）：93-98.

[4]詹发云，江丽芸.模型建构视角下的化学实验教学设计——以二氧化碳的实验室制备为例[J].教学月刊·中学版，2020（3）：63-65.